淺談高中物理學蘊含的美

時間：2024-08-26 02:29:55 物理畢業論文我要投稿

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淺談高中物理學蘊含的美

　　一、對稱美

淺談高中物理學蘊含的美

　　對稱美，就是物理學在揭示自然界物質的存在、構成、運動及其轉化等規律的過程中因對稱性，而產生的美感。“對稱美”在物理學中的表現有：時空對稱、數學對稱和抽象對稱。

　　時空對稱指的是物理現象（或系統）在時空變換下的不變性。物理學中的時空對稱有空間對稱、時間對稱、時間和空間同時對稱三種情形。如在光學和固體物理學中出現的空間對稱;在交變電流和電磁振蕩研究中出現的時間對稱;物體豎直上拋和斜向上拋運動的上升過程與下降過程中的時空對稱。

　　數學對稱表示物理內容在數學形式（圖與式）上的對稱性。如電磁學中庫侖力的平方反比定律的公式表達就是追求跟萬有引力平方反比定律的對稱而獲得的。

　　抽象對稱表示以抽象的方式所反映出的物理內容的對稱。即從一個概念、一個命題或一個理論中所反映出來的對稱性。如在創立廣義相對論時，把電磁理論中的洛侖茲不變性作為對稱性假設。正是這些抽象的對稱性思考，有助于解開宇宙密碼，推動物理學發展。

　　二、簡潔美

　　物理學的美在于它的簡潔，它客觀地展現出“簡潔”的風采。但這個簡潔是指物理表達形式的簡潔而知識內涵的豐富，是簡潔和豐富，形式和內涵的對立統一。如一切物質都由最簡單的粒子構成。它主要表現在物理學的理論和方法兩個方面。

　　從物理理論的整體來看，各種物理現象和過程千差萬別，但在本質上卻可歸結為若干基本概念和原理。例如，牛頓定律將宏觀低速條件下各種機械運動的規律組成了一個秩序井然的集體。這體現了物理學理論整體的簡潔美。

　　物理學理論的簡潔美，還表現在組成物理理論的物理概念和物理規律的表達方面。作為反映事物本質屬性和共同特征的物理概念，是抽象和概括的結果，它的表述力求簡潔、精煉。如力是“物體對物體作用”。物理規律反映了事物發生、發展、變化的規律，它是觀察、實驗和物理思維相組合的產物，其表述也是在科學、準確的基礎上力求簡潔，如E=mc2、F=ma等等。

　　物理學中的理想化方法是從多維的具體形象中，抓住最具本質特征的主要形象，舍棄一些次要形象，建立起一個輪廓清晰、主題突出的新形象，從而簡化物理問題。例如單擺、質點、理想實驗、理想氣體等。顯然，具有簡潔美。

　　三、和諧美

　　協調、勻稱稱之為和諧，和諧是指由于相互之間恰好在整體上顯示出的協調，它給人以統一、自恰、對應的美感。物理學的和諧美主要是指形式和內容分別具有和諧性，它主要表現在自恰、對應和互補三個方面。

　　自恰，其基本含義是一致，即自身內無不可統一的矛盾。物理學中的自恰和諧美，主要體現在物理學各分支理論內部以及各分支理論之間的現象、概念、規律等都是互不矛盾的。例如，牛頓三大定律與動量定理、動量守恒定律是互不矛盾，相輔相成的。

　　對應和諧美是指由物理學不同理論間的對應關系而展現的物理學和諧美。“對應”是物理學和諧美的另一表現形式。如電子、質子、中子與正電子、反質子、反中子體現了物質構成的對應;而質能方程E=mc2則體現了質量與能量的對應。對應是高級理論對低級理論的包容，或者說是低級理論與高級理論中某一特定條件下的結論相一致。如當vc時，相對論力學的運動描述就還原為牛頓力學的描述。

　　互補和諧美是由物理學各部分之間的互補關系而展現出的物理學和諧美。所謂互補，就是指彼此間互相彌補、相輔相成。物理學中的互補主要表現在不同的、甚至是相互排斥的物理理論，從不同的側面描述物理學的研究對象。如光的波動性與粒子性，從不同側面反映了光的本質。在這里，波動性與粒子性既互斥、又互補。

　　四、多樣統一美

　　物理所研究的是從不同事物運動變化的多樣性中找出它們的內在聯系和共性，這樣就形成了即千變萬化又統一的結構美，這也就是科學美中的多樣性統一美。復雜的物理學世界只有統一起來才有美感。物理事物是千姿百態、千變萬化的，反應物理事物的特性及規律的物理知識也是豐富多彩的，因此，由它們構成的物理世界，必然呈現出萬紫千紅的景象。但是，自然界又是統一的，客觀物理事物之間存在內在的聯系，通過這種聯系使得我們能將各種各樣的物理知識統一起來，進而形成既千變萬化又和諧統一的美好畫卷。例如，牛頓力學把運動統一起來，麥克斯韋把電磁現象統一起來，光電效應把波、粒二象性統一起來，質能方程把質量和能量統一起來，這就是統一美。

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